离心铸造用金属模的制作方法

本发明涉及离心铸造用金属模。
背景技术：
已知有下述的离心铸造方法：使圆筒状的铸型以其轴线为中心进行高速旋转，利用离心力使注入的熔融金属沾附于金属模内壁，由此制造出作为中空铸造品的管部件。在离心铸造方法中，为了容易将成型后的铸造品从铸型中拔出、同时对中空铸造品的外表面赋予形状，有时采用在铸型内涂布铸型涂料的方法。这种情况下，为了容易涂布铸型涂料并将涂布后的铸型涂料干燥，在涂布铸型涂料时，希望将铸型预先冷却至适当的温度。因此，在前一铸造循环中从铸型中拔出成型后的铸造品后，在接下来的铸造循环中在涂布铸型涂料之前，将铸型的外表面冷却。这样提出了从在前一铸造循环中进行铸造品的铸造到转移到下一铸造循环为止的期间将铸造型的内部冷却的技术(例如，专利文献1)。在专利文献1中公开了下述的技术：在高温的铸造型的内部喷雾或散布冷却液以将其冷却时，从铸造型中回收产生的雾状物以防止周边设备的劣化，从而实现作业环境的改善。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2004-160500号公报技术实现要素：发明所要解决的课题在将离心铸造用金属模的外表面冷却时，在金属模外表面上的各个部位的温度降低会产生差异，因此，由于该温度差而使金属模产生变形。该变形使拉拔金属模内的铸造品时的脱模阻力增大，为了拉拔铸造品，需要使用强力且大型的装置，产生了离心铸造工序的设备增大等问题。但是，专利文献1所公开的技术主要着眼于将铸造型冷却时所产生的雾状物的回收，对于将离心铸造用金属模从其外表面冷却的情况下产生的变形等技术课题并没有特别的观点。因此，本发明的目的在于提供一种能够均匀地进行金属模的外表面的冷却、能够抑制金属模的变形的离心铸造用金属模。用于解决课题的手段发明人等发现，作为离心铸造用金属模冷却时的温度降低在各个部位不同的原因，是由于在金属模表面的各个部位莱顿弗罗斯特现象的发生程度存在差异所致的。即，金属模外表面由于浇注在内部的熔融金属的热的作用而升高到300℃左右，若要在该状态下冷却，则冷却水在金属模外表面瞬时蒸发，在金属模外表面与液体之间产生蒸发气体层，产生抑制热传导的莱顿弗罗斯特现象，该现象的发生程度在金属模表面的各个部位不相同。发明人等着眼于上述方面，为了抑制莱顿弗罗斯特现象的发生、使金属模的冷却效果均匀，而在金属模表面施以具有绝热性的涂层，使界面温度降低，从而解决了上述课题。这里提出了下述技术。(1)一种离心铸造用金属模，其是例如后述的离心铸造用金属模10，其中，在该金属模的外表面具备涂层(例如后述的涂层10a)，上述涂层是氧化铁膜或包含钙作为主成分的膜。在上述(1)的离心铸造用金属模中，利用由氧化铁膜或包含钙作为主成分的膜形成的涂层，金属模的界面温度被保持在不会发生莱顿弗罗斯特现象的范围内，因而离心铸造用金属模的外表面的均匀冷却不会被莱顿弗罗斯特现象所阻碍。因此可抑制因离心铸造用金属模中的温度差所致的变形。(2)如上述(1)的离心铸造用金属模，其中，上述涂层按照覆盖上述外表面的大致整个面的方式形成。对于上述(2)的离心铸造用金属模，在上述(1)的离心铸造用金属模中，特别是上述涂层按照覆盖上述外表面的大致整个面的方式来形成。因此，离心铸造用金属模整体的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(3)如上述(1)或(2)的离心铸造用金属模，其中，上述涂层为上述氧化铁膜中的包含四氧化三铁的膜。根据上述(3)的离心铸造用金属模，特别是莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(4)如上述(1)或(2)的离心铸造用金属模，其中，上述涂层是上述包含钙作为主成分的膜，其厚度为0.4mm以下。根据上述(4)的离心铸造用金属模，特别是莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(5)如上述(1)或(4)的离心铸造用金属模，其中，上述涂层是上述包含钙作为主成分的膜中的主成分为碳酸钙的膜。根据上述(5)的离心铸造用金属模，特别是莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。发明的效果根据本发明，能够提供一种可均匀地进行金属模的外表面的冷却、可抑制金属模的变形的离心铸造用金属模。附图说明图1是使用作为本发明的一个实施方式的离心铸造用金属模进行的离心铸造的工序图。图2是表示图1的工序中的离心铸造用金属模的温度履历的图。图3是表示离心铸造用金属模冷却时的弯曲量的温度依赖性的图。图4是表示被施用至作为本发明的一个实施方式的离心铸造用金属模的涂层的示意图。具体实施方式首先说明使用本发明的离心铸造用金属模进行的离心铸造的工序，由此来阐明在本发明中作为课题的从离心铸造用金属模的外表面进行的冷却。图1是使用本发明的离心铸造用金属模进行的离心铸造的工序图。图1中示出了离心铸造的1次循环的工序。图1中，1次循环的工序依(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)的顺序进行，循环反复进行该1次循环，每次制作出铸造品。在本例的情况下，铸造品为管状体，将作为1根管状体的铸造品以既定的长度切断成多个，分别加工成发动机的气缸套。在上述工序中，(a)为金属模清扫工序、(b)为铸型温度调整工序、(c)为涂料型涂布工序、(d)为浇注工序、(e)为硬化工序、(f)为制品拉拔工序。图1中，圆筒状的离心铸造用金属模10按照其轴呈大致水平方向来设置。离心铸造用金属模10利用2组辊来支撑以能绕着轴旋转。2组辊在图1中是左侧1组的一对辊21和右侧1组的一对辊22。这些辊21和辊22由未图示的电动机等动力源旋转驱动，伴随其旋转，离心铸造用金属模10绕着其轴旋转。在离心铸造用金属模10的一端侧(图1中的左侧)嵌装有在中心部设有开口(未图示)的圆环状框架体11。另外，在离心铸造用金属模10的另一端侧(图1中的右侧)可装卸地嵌装有端盖12。离心铸造用金属模10在除了(f)制品拉拔工序以外的工序中持续旋转。需要说明的是，离心铸造用金属模10以在外表面施有特定的涂层作为其一个特征，关于这一点在下文详述。接下来对从(a)到(f)的1次循环的工序依次进行说明。在(a)的金属模清扫工序中，对前一个循环中基于涂料型和铸造品的工件拔出后仍为高温的离心铸造用金属模10的内周面用刷31清扫，该刷31被安装在部分地示出了其杆30的清扫机构的前端侧。杆30、相应地刷31在离心铸造用金属模10的轴向往复移动，此时离心铸造用金属模10绕着其轴以例如180rpm左右的低速持续旋转。由此，对作为离心铸造用金属模10的内周面的铸型整体进行清扫。在(a)金属模清扫工序中清扫了内周面整体的离心铸造用金属模10在作为其内周面的铸型涂布铸型涂料而形成涂料型。涂料型是为了容易将成型后的铸造品从铸型中拉拔出的目的而形成的，但在本例的情况下，其目的还在于在中空铸造品的外表面形成多个细小的凸部或棘状体(多刺体,スパイニー)。由使用上述这样的涂料型铸造的中空铸造品加工得到的气缸套在外表面转印有多刺体。在配置这样的气缸套并铸进发动机组中时，这些气缸套利用外表面的多刺体而被牢固地保持在正规的位置。为了容易进行铸型涂料的涂布、且使涂布后的铸型涂料有效地干燥，需要预先将离心铸造用金属模10冷却至适当的温度。因此，在上述(a)金属模清扫工序之后的(b)铸型温度调整工序中，从喷雾喷嘴41向离心铸造用金属模10的外表面喷雾冷却水，将离心铸造用金属模10冷却。即，利用向高温离心铸造用金属模10的外表面喷雾冷却水时的冷却水的气化热将离心铸造用金属模10冷却。冷却水的喷雾是在将端盖12嵌装于离心铸造用金属模10的状态下一边以例如180rpm左右的低速使离心铸造用金属模10旋转一边进行的。但是，以往，在进行该冷却时，如上所述，离心铸造用金属模10的外表面上的温度降低产生差异，因该温度差而引起金属模的变形。若离心铸造用金属模10产生变形，则将铸造品拉拔时的脱模阻力增大，具有作为工件取出装置需要使用强力且大型的装置等的技术问题。解决该技术问题的手段为施用至离心铸造用金属模10的外表面的特定的涂层，关于这一点，在说明从(a)到(f)的1次循环的工序后进行详细叙述。在(b)铸型温度调整工序中，对于通过来自喷雾喷嘴41的冷却水的喷雾而冷却至适当温度的离心铸造用金属模10，利用下述(c)涂料型涂布工序在作为内周面的铸型整体涂布铸型涂料60。(c)涂料型涂布工序中的铸型涂料60的涂布是从喷嘴52向着作为离心铸造用金属模10的内周面的铸型整体吹喷铸型涂料60而进行的，该喷嘴52位于从铸型涂料供给装置(未图示)通过端盖12的开口部而延伸至离心铸造用金属模10内部的中空轴51的前端。中空轴51和喷嘴52一边在离心铸造用金属模10内沿长度方向移动一边喷射铸型涂料60。另一方面，由于离心铸造用金属模10本身以例如1500rpm左右的中速持续旋转，因而逐渐在作为内周面的铸型整体涂布铸型涂料60而形成涂料型61。另外，铸型涂料60涂布时的涂料型61的温度为例如150℃～350℃左右。若在(c)涂料型涂布工序中在离心铸造用金属模10的内周面整体形成涂料型61，则接着利用(d)浇注工序浇注熔融金属70。在未图示的熔炉中准备熔融金属70，并定量储存在罐71中，从该罐71通过槽72的浇注管73注入到离心铸造用金属模10的内部、相应地注入到涂料型61。该期间，由于离心铸造用金属模10以例如2000rpm左右的高速持续旋转，因而离心力作用于熔融金属70，例如在浇注后经过90秒左右之后利用(e)硬化工序在涂料型61的内面侧形成均匀的铸造品74。接下来，在(f)制品拉拔工序中，使离心铸造用金属模10的旋转停止，卸下端盖12。在该状态下，使用工件取出装置80对涂料型61和铸造品74成为一体的工件进行拉拔。该拉拔中的脱模阻力为例如5.0kn～9.0kn左右。若从拉拔出的工件除去涂料型61，则得到在外表面转印了多刺体的铸造品74。这种情况下的铸造品74的重量为例如10kg～35kg左右。在(f)制品拉拔工序结束而工序的1次循环结束时，再次从(a)金属模清扫工序开始下1次循环。图2是表示图1的工序中的离心铸造用金属模的温度履历的图。图2中，横轴表示图1中已述的1次循环的工序(a)→(b)→(c)→(d)→(e)→(f)的推移(即时间的推移)，纵轴表示温度(℃)。在下表中更具体地示出了图2中的各工序(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)的经过时间(本例中进行观察的示意性的时间带)以及各工序中的的离心铸造用金属模的温度的一例。[表1]即，图1的工序中，离心铸造用金属模的温度随着行程的进行按图2所定性表示进行推移，更具体地说，采取上述表中所表示的值。因此，即使在如下所述着眼于离心铸造用金属模的冷却时的弯曲量的温度依赖性的考察中，也应在上述表中的温度范围内观察。图3是表示离心铸造用金属模冷却时的弯曲量的温度依赖性的图。图3的特性是发明人等反复进行各种考察并通过实验而发现的。图3中，横轴的tk为离心铸造用金属模10的温度[℃]，ti为界面的温度[℃]。这里的界面是离心铸造用金属模10与冷却水的边界面，在本实施方式的情况下，被施用至离心铸造用金属模10的外表面的特定涂层的外表面相当于该界面。对应于tk的各值来记录ti，如该记录所示，ti低于tk，在相应的涂层的厚度方向产生了与tk和ti之差对应的温度梯度。另外，纵轴为离心铸造用金属模的弯曲量[mm]。如由图3所理解，以离心铸造用金属模10的温度tk为270[℃]、对应的界面温度ti为245[℃]作为边界，在其以下的区域z1中，弯曲量保持在0.05[mm]～0.15[mm]这样没有太大问题的范围内。与之相对，在上述边界以上的区域z2中，弯曲量按0.30[mm]～0.65[mm]这样不连续地增大。因此，在区域z2中，从离心铸造用金属模10参照图1在上述的(f)制品拉拔工序中的脱模阻力增大，从工件取出装置80所要求的规格或铸造品的品质等方面出发会带来障碍。即，离心铸造用金属模10由于弯曲而偏芯时，铸造品会发生厚度不均的不良情况，多刺体也会产生偏差。对于上述这样的离心铸造用金属模10的温度tk为270[℃]、对应的界面温度ti为245[℃]这样的边界值，据推测，以此为界，莱顿弗罗斯特现象主要发生在比其更高温的区域中。即，据推测，在该高温区域中，由于莱顿弗罗斯特现象，使得在离心铸造用金属模10的外表面根据部位的不同而产生冷却效果的差异，产生不均匀的温度分布，其结果使离心铸造用金属模10产生不期望的弯曲。因此判断出，为了抑制莱顿弗罗斯特现象、有效地进行离心铸造用金属模10的冷却，按照达到离心铸造用金属模10的温度tk为270[℃]、与其对应的界面温度ti为245[℃]这样的边界值以下的方式来保持界面的温度ti时，对于抑制弯曲的发生是有效的。发明人等为了抑制莱顿弗罗斯特现象的发生、使上述界面的温度ti为245[℃]这样的边界值以下来使金属模的冷却效果均匀，在离心铸造用金属模10外表面施用了具有绝热性的涂层来降低界面温度，从而解决了上述课题。图4是表示被施用至作为本发明的一个实施方式的离心铸造用金属模的涂层的示意图。在图4中，特别是对于参照图1已述的离心铸造用金属模10，由根据其横截面视图中的视点示出了离心铸造用金属模10本身和施用至其外表面的涂层10a。在本实施方式中，该涂层10a为如下所述的特定的涂层，通过实施这样的涂层10a而解决了已述的技术问题。此处，界面的温度ti通过以下的关系式(1)计算出。[数1]在该关系式(1)中，tk为离心铸造用金属模10的温度、tw为冷却水的温度、ρ为比重、cp为比热、λ为热传导率。另外，(ρ·cp·λ)为物性值，上述关系式中的(ρ·cp·λ)k为离心铸造用金属模10的涂层10a的物性值、(ρ·cp·λ)w为冷却水的物性值。如上文所述，界面的温度ti为245[℃]这样的边界值以下时，不容易发生莱顿弗罗斯特现象，因此，呈现出满足界面温度ti为245[℃]以下这样的条件的物性值的物质适合于离心铸造用金属模10的外表面的涂层10a。并且，根据上述关系式，在热传导率λ为2.0w/m·k以下的涂层10a中，满足界面温度ti为245[℃]以下这样的条件。因此判断出，通过将这样的涂层10a施用至离心铸造用金属模10的外表面，可抑制莱顿弗罗斯特现象的发生，可预防因冷却工序中的冷却不均匀所致的离心铸造用金属模10的不希望的弯曲。因此，发明人等反复进行了各种实验，确定了满足上述的条件、适合于施用至离心铸造用金属模10的外表面的涂层10a的膜。即，被统称为“发黑(黒染め)”的黑锈也即四氧化三铁(fe3o4)膜为其一例。这种情况下，由于通常与四氧化三铁(fe3o4)同时生成氢氧化铁(feo(oh))，因而认为氢氧化铁也适合作为形成涂层10a的膜。即，氧化铁膜适合于施用至离心铸造金属模的外表面的涂层。另外确认到，包含由石灰与水中的矿物质(ca)反应而生成的碳酸钙作为主成分的膜适合于涂层10a。即，包含钙作为主成分的膜适合于施用至离心铸造金属模的外表面的涂层。特别是在利用碳酸钙(caco3)或以碳酸钙作为主成分的膜形成离心铸造用金属模10的外表面的涂层10a的情况下，涂层10a的厚度为0.4[mm]以下能够有效地抑制莱顿弗罗斯特现象，能够对离心铸造用金属模10有效地冷却。上述这样的涂层10a的厚度l作为在下表所示的条件下满足下述的关系式(2)的值进行计算。即，关于演算，适用下述关系式(2)：[数2]关系式(2)中，l为涂层10a的厚度、qj为需要放热的热量、λ为热传导率(本例的情况下为碳酸钙(caco3)或以碳酸钙作为主成分的涂层10a的热传导率)、θ1为涂层10a中的与离心铸造用金属模10相接的一侧的温度、θ2为涂层10a中的被施加冷却水的外表面的温度、a为涂层10a的外表面的面积、t为经过时间。这种情况下，若经过时间t设定得太长，则铸造的循环周期延长、生产率降低，因而将30秒设定为上限。应用上述关系式(2)来计算涂层10a的厚度l时，设定的条件如下表所述。[表2]lmmq热量λ热传导θ1θ2a面积t时间0.4071560000000.62801801.357168300.27143460000000.62801801.357168200.20357560000000.62801801.35716815总结出以上所述的本实施方式的离心铸造用金属模10的作用效果。(1)在离心铸造用金属模10中，利用氧化铁膜或包含钙作为主成分的膜形成的涂层，将金属模的界面温度保持在不会发生莱顿弗罗斯特现象的范围内，因而离心铸造用金属模10的外表面的均匀冷却不会被莱顿弗罗斯特现象所阻碍。因此可抑制因离心铸造用金属模10中的温度差所致的变形。(2)涂层10a按照覆盖离心铸造用金属模10外表面的大致整个面来形成。因此，离心铸造用金属模10整体的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(3)由于涂层10a为氧化铁膜中的包含四氧化三铁(fe3o4)的膜，因而莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模10的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(4)涂层10a是包含钙作为主成分的膜，其厚度为0.4mm以下。因而莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。(5)涂层10a是包含钙作为主成分的膜中的包含碳酸钙(caco3)作为主成分的膜。因而莱顿弗罗斯特现象的抑制效果良好。因此，离心铸造用金属模的冷却变得均匀，可确实地抑制变形。需要说明的是，本发明除了上述方式以外，还可以进行各种变形和变更来实施。上述示例为适用于发动机的气缸套(气缸衬)的制造工序的离心铸造用金属模。但并不限于本方式，而能够适用于各种离心铸造用金属模，在适用于比较长的管状体等的制造时的情况下，由于冷却时的弯曲少，因而容易拉拔出铸造品，这不论从生产效率的的方面出发还是从品质管理的的方面出发均是很大的优点。这里，品质管理上的优点具体地说是指离心铸造用金属模的冷却时的弯曲少、铸造品不容易产生厚度不均的不良、多刺体的形成也不容易产生偏差。符号的说明10…离心铸造用金属模10a…涂层41…喷雾喷嘴60…铸型涂料61…涂料型70…熔融金属74…铸造品当前第1页12